Boost斩波电路、保护电路、控制方法、设备及车辆技术

本发明专利技术属于电力电子设备领域，提供了一种Boost斩波电路、短保护电路、控制方法、设备及车辆。其中，所述保护电路包括微处理器，其用于输出控制信号至外部逻辑处理电路；外部逻辑处理电路，其用于将Boost斩波电路的输出电流分别与过流保护设定值和短路保护设定值进行比较，根据比较结果与所述控制信号生成对应驱动控制信号至PWM驱动电路，从而在设定时间内对开关器件进行相应保护；PWM驱动电路，其用于根据驱动控制信号来驱动Boost斩波电路中的开关器件的通断。其能够提高Boost斩波电路的可靠性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
Boost斩波电路、保护电路、控制方法、设备及车辆


[0001]本专利技术属于电力电子设备领域，尤其涉及一种Boost斩波电路、保护电路、控制方法、设备及车辆。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]在功率半导体器件的应用中，由SiC功率器件在开关频率、通态阻抗和结温等方面的性能能够达到Si基功率器件的3倍，这些特性使得其能够工作在较高的开关频率的同时显著的提升变换器的效率。特别是在中高压场合以SiC半导体器件为代表的功率器件能够大幅度降低器件损耗，减小变换器的体积重量。
[0004]传统Boost斩波电路拓扑使用Si基功率器件作为主开关管，由于Boost斩波电路不能短路，专利技术人发现，若将SiC功率器件应用到Boost斩波电路中则受到诸多因素的制约，比如同等级的SiC半导体器件耐电流冲击能力要远小于Si基器件，一般Si IGBT的短路时间一般要长于10μs，而Si MOSFET的短路时间通常小于3μs，因而控制器需在小于3μs的时间内对系统进行保护，目前的电路无法达到小于3μs的短时间快速对系统的保护，从而影响Boost斩波电路的可靠性。

技术实现思路

[0005]为了解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术的第一个方面提供一种Boost斩波电路，其能够显著提升瞬态抗冲击能力，同时系统允许输出短路。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种Boost斩波电路，其包括主电感、高频半桥、低频部和输出电容；所述高频半桥包括串联连接的第一开关器件和第二开关器件；所述低频部包括第三开关器件、第四开关器件和RC并联网络，第四开关器件和RC并联网络后再与第三开关器件并联连接；
[0008]所述主电感的一端与直流输入电源的正极相连，另一端与高频半桥的中点连接，所述高频半桥与低频部串联连接，高频半桥的另一端与直流输入电源的负极相连，低频部的另一端为Boost斩波电路的输出端，所述输出电容并联在Boost斩波电路的输出端。
[0009]作为一种实施方式，第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件为Si MOSFET、Si IGBT、SiC MOSFET或SiC IGBT。
[0010]需要说明的是，第一开关器件和第二开关器件包括但不限于SiC MOSFET(硅金属氧化物半导体场效应晶体管)、SiC或Si IGBT(硅基绝缘栅双极型晶体管)反并联SiC二极管、SiC二极管，第一开关器件和第二开关器件的工作频率为2kHz～500kHz。第三开关器件和第四开关器件包括但不限于Si MOSFET、Si IGBT反并联二极管或SiC相应开关器件，工作频率为0Hz～10kH。第一开关器件和第二开关器件与主电感构成高频通路。低频部为高阻或低阻低频通路。
[0011]作为一种实施方式，第四开关器件为快恢复二极管，其他开关器件为Si MOSFET、Si IGBT、SiC MOSFET或SiC IGBT。
[0012]本专利技术的第二个方面提供一种基于如上述所述的Boost斩波电路的保护电路，其包括：
[0013]微处理器，其用于输出控制信号至外部逻辑处理电路；
[0014]外部逻辑处理电路，其用于将Boost斩波电路的输出电流分别与过流保护设定值和短路保护设定值进行比较，根据比较结果与所述控制信号生成对应驱动控制信号至PWM驱动电路，从而在设定时间内对开关器件进行相应保护；
[0015]PWM驱动电路，其用于根据驱动控制信号来驱动Boost斩波电路中的开关器件的通断。
[0016]作为一种实施方式，所述外部逻辑处理电路包括两个比较器，比较器的正输入端均接收Boost斩波电路的输出电流，一个比较器的负输入端连接过流保护设定值，另一个比较器的负输入端连接短路保护设定值。
[0017]上述技术方案的优点在于，利用比较器来实现输出电流与过流保护设定值和短路保护设定值的比较的结构简单且易于实现。
[0018]作为一种实施方式，所述外部逻辑处理电路包括RS触发器、或门和反相器；
[0019]RS触发器的S端连接所述输出电流与短路保护设定值的比较结果，R端连接微处理器的复位信号，输出端连接或门的一个输入，或门的另一个输入连接所述输出电流与过流保护设定值的比较结果；或门输出信号分别直接和经反相器反相后作为低频部的驱动控制信号。
[0020]上述技术方案的优点在于，R端连接微处理器的复位信号，这样通过微处理器复位锁死状态，从而在高速开关器件中简化了微处理器的需求，实现了Boost斩波电路的高速保护。
[0021]作为一种实施方式，所述外部逻辑处理电路还包括两个与门，其一个输入均为反相器的输出，其中一个与门的另一个输入为微控制器的第一控制信号，另一个与门的另一个输入为微控制器的第二控制信号。
[0022]作为一种实施方式，所述PWM驱动电路中的驱动器数量，与Boost斩波电路中需要驱动控制的开关器件的数量相同。
[0023]本专利技术的第三个方面提供一种如上述所述的保护电路的控制方法，其包括：
[0024]将Boost斩波电路的输出电流分别与过流保护设定值和短路保护设定值进行比较：
[0025]若输出电流小于过流保护设定值，则Boost斩波电路进入正常工作状态；
[0026]若输出电流大于过流保护设定值且小于短路保护设定值，则驱动控制第四开关器件导通，其他开关器件均断开，使得Boost斩波电路进入保护状态，电路进入保护状态后，当输出电流小于过流保护设定值时，Boost斩波电路工作回归到正常工作状态；
[0027]若输出电流大于短路保护设定值，则驱动控制第四开关器件导通，其他开关器件均断开，使得Boost斩波电路进入保护状态，直至输出电流小于过流保护设定值时，Boost斩波电路工作回归到正常工作状态。
[0028]本专利技术的第四个方面提供一种电力电子设备，其包括如上述所述的保护电路。
[0029]本专利技术的第五个方面提供一种车辆，其包括如上述所述的电力电子设备。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0031](1)本专利技术的Boost斩波电路包括主电感、高频半桥、低频部和输出电容，其中，高频半桥包括串联连接的第一开关器件和第二开关器件，低频部包括第三开关器件、第四开关器件和RC并联网络，第四开关器件和RC并联网络后再与第三开关器件并联连接，能够为瞬态能量释放提供回路，提高了瞬态抗冲击能力，允许输出短路。
[0032](2)本专利技术利用外部逻辑处理电路将Boost斩波电路的输出电流分别与过流保护设定值和短路保护设定值进行比较，根据比较结果与所述控制信号生成对应驱动控制信号至PWM驱动电路，从而在设定时间内对开关器件进行相应保护，实现了Boost斩波电路输出短路，过流逐波限流功能、短路保护锁死功能及Boost斩波电路的高速保护。
[0033]本专利技术附加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Boost斩波电路，其特征在于，包括主电感、高频半桥、低频部和输出电容；所述高频半桥包括串联连接的第一开关器件和第二开关器件；所述低频部包括第三开关器件、第四开关器件和RC并联网络，第四开关器件和RC并联网络后再与第三开关器件并联连接；所述主电感的一端与直流输入电源的正极相连，另一端与高频半桥的中点连接，所述高频半桥与低频部串联连接，高频半桥的另一端与直流输入电源的负极相连，低频部的另一端为Boost斩波电路的输出端，所述输出电容并联在Boost斩波电路的输出端。2.如权利要求1所述的Boost斩波电路，其特征在于，第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件为SiMOSFET、Si IGBT、SiC MOSFET或SiC IGBT。3.如权利要求1所述的Boost斩波电路，其特征在于，第四开关器件为快恢复二极管，其他开关器件为SiMOSFET、Si IGBT、SiC MOSFET或SiC IGBT。4.一种基于如权利要求1
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3中任一项所述的Boost斩波电路的保护电路，其特征在于，包括：微处理器，其用于输出控制信号至外部逻辑处理电路；外部逻辑处理电路，其用于将Boost斩波电路的输出电流分别与过流保护设定值和短路保护设定值进行比较，根据比较结果与所述控制信号生成对应驱动控制信号至PWM驱动电路，从而在设定时间内对开关器件进行相应保护；PWM驱动电路，其用于根据驱动控制信号来驱动Boost斩波电路中的开关器件的通断。5.如权利要求4所述的保护电路，其特征在于，所述外部逻辑处理电路包括两个比较器，比较器的正输入端均接收Boost斩波电路的输出电流，一个比较器的负输入端连接过流保护设定值，另一个比较器的负输入端连接短路保护设定值。6.如权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘铭，梁建英，田庆，李艳昆，张文超，徐磊，周卓敏，
申请(专利权)人：中车青岛四方机车车辆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：